碱性过氧化氢预处理对醋渣厌氧消化性能的影响

第47卷第1期2020年北京化工大学学报(自然科学版)JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience)Vol.47,No.12020引用格式:师杨蕾,蔡凡凡,宁志芳,等.碱性过氧化氢预处理对醋渣厌氧消化性能的影响[J].北京化工大学学报(自然科学版),2020,47(1):1-7.SHIYangLei,CAIFanFan,NINGZhiFang,etal.Impactofalkalinehydrogenperoxidepretreatmentontheanaerobicdiges鄄tionofvinegarresidues[J].JournalofBeijingUniversityofChemicalTechnology(NaturalScience),2020,47(1):1-7.碱性过氧化氢预处理对醋渣厌氧消化性能的影响师杨蕾摇蔡凡凡摇宁志芳摇朱摇哲摇刘广青*摇陈摇畅*(北京化工大学化学工程学院,北京摇100029)摘摇要:利用单因素法研究了碱性过氧化氢预处理过程中的H2O2浓度、预处理温度以及预处理时间3个因素对醋渣厌氧消化性能的影响,结果表明,H2O2浓度、预处理温度和预处理时间的最优条件分别为4%、40益和12h。经实验验证,在最佳联合预处理条件下醋渣厌氧消化累积甲烷产量(基于挥发性固体含量)达302郾0mL/g,生物降解率为70郾0%,较未预处理醋渣提升了54郾4%。关键词:醋渣;碱性过氧化氢预处理;厌氧消化;产甲烷性能中图分类号:X797摇摇DOI:10.13543/j.bhxbzr.2020.01.001收稿日期:2019-05-24基金项目:国家重点研发计划(2017YFD0800801)第一作者:女,1993年生,硕士生*通信联系人E鄄mail:gqliu@mail.buct.edu.cn;chenchang@mail.buct.edu.cn引摇言醋渣(vinegarresidue,VR)是工业制醋的主要副产物,我国每年醋渣产生量超过300万吨[1]。醋渣中水分含量较高,不利于直接焚烧处理,同时还具有一定的酸性和腐蚀性,直接填埋会造成土壤与水质污染。醋渣主要成分为麸皮、稻壳等,木质纤维素含量占其干重的60%以上,同时含有少量的粗蛋白及粗脂肪[2]。目前,醋渣主要用于生产无土栽培基质、饲料、肥料等[2-4]。宋夏夏[4]将醋渣与蛭石、草炭按一定比例混合配制水果型黄瓜的无土栽培基质,有效提升了产量与果实品质。然而,以上方法成本较高,处理量小,无法大批量处理醋渣,不足以解决醋渣造成的环境污染问题,因此还需探索更加高效的醋渣处理和利用关键技术。厌氧消化指微生物在厌氧条件下,利用环境中的糖类、蛋白质等有机物,合成自身生命活动所需物质,同时生成甲烷、氢气和二氧化碳的过程[5]。该技术成本较低,可以将醋渣转化为沼气等清洁能源,从而实现醋渣减量化和资源化处理[6-7]。然而,醋渣中富含的木质纤维素为木质素包裹纤维素和半纤维素,并相互间作用形成致密结构,该结构在厌氧消化中难以被微生物快速分解利用[8]。预处理技术是改善木质纤维素生物降解能力的一种重要手段,目前常用的预处理技术包括物理预处理、化学预处理、生物预处理等[9-10]。近年来,因兼具碱性和氧化性,碱性过氧化氢(alkalinehydrogenperoxide,AHP)预处理被认为是一种高效、经济且环保的预处理技术[11]。黄炳硕等[11]利用AHP预处理稻草秸秆,发现稻杆的纤维素结晶度和木质素含量均有所下降,并促进了随后的酶水解过程。然而,当前利用AHP预处理醋渣的相关研究较少。本文以醋渣为厌氧消化底物,研究H2O2浓度、预处理温度、预处理时间3个因素对AHP预处理效果的影响,确定了最佳的AHP预处理条件以及醋渣的最大甲烷产量。1摇实验部分1郾1摇原料与接种物醋渣取自山西晋城某制醋厂,保存于4益冰箱中以防变质。接种物取自北京市东华山沼气站的中温(35益)厌氧活性污泥,静置沉降后取下层使用。醋渣和接种物的性质分析结果见表1。表1摇醋渣与接种物性质Table1摇CharacteristicsofVRandinoculum参数数值醋渣污泥TS含量a)/%98郾80依0郾056郾35依0郾01VS含量a)/%91郾99依0郾034郾01依0郾01VS、TS含量比值/%93郾11依0郾0763郾12依0郾05C含量b)/%47郾012郾71H含量b)/%6郾0327郾01N含量b)/%4郾213郾98S含量b)/%0郾210郾57O含量b)/%35郾39NA纤维素含量c)/%52郾65依1郾92NA半纤维素含量c)/%31郾82依0郾80NA木质素含量c)/%10郾08依1郾61NATMMY/(mL·